Найдена необъяснимо плотная гигантская планета
По размерам экзопланета сопоставима с газовыми гигантами, такими как Нептун, при этом её плотность превышает земную.
Фото: © wikimedia.org
Международная группа астрономов из Европы, Ирана и Чили провела детальные исследования экзопланеты EPIC212521166b и установила, что она является совершенно уникальным явлением. При размерах, близких к газовым гигантам, она плотнее твёрдых планет, таких как Земля. Состав и эволюция новооткрытого тела так необычны, что на данный момент можно строить лишь гипотезы о том, что стало причиной его радикальных отличий от любой другой известной планеты. Соответствующая статья направлена на публикацию в журнал Astronomy & Astrophysics, а с её препринтом можно ознакомиться на сайте Корнелльского университета.
До сих пор все обнаруженные планеты, неважно, в нашей системе или за её пределами, в целом укладывались в понятные планетологам рамки. Газовые и ледяные гиганты типа Нептуна или Урана образовываются дальше от звезды, чем твёрдые и скалистые планеты, типа Земли или Венеры. Соответственно, внешние планеты-гиганты испытывали меньший нагрев при формировании и поэтому содержат больше лёгких газов, чем внутренние скалистые планеты. В итоге хотя тот же Нептун примерно вчетверо больше Земли в диаметре, по массе он превосходит её не в 64 раза, а всего лишь в 18. Его средняя плотность лишь 1,6 грамма на кубический сантиметр, а не 5,5 грамма на кубический сантиметр, как у Земли. Из-за этого гравитация на поверхности обоих этих тел чрезвычайно близка, хотя по массе они отличаются почти в двадцать раз.
Используя данные продлённой миссии космического телескопа «Кеплер» и высокоточного эшелле-спектрографа HARPS, авторы новой работы установили, что эта ранее считавшаяся всеобщей картина имеет исключение. Планета EPIC212521166b , вращающаяся на удалении в 15 миллионов километров от своей оранжевой звезды, имеет аномальные параметры. При диаметре в 2,6 раза больше земного (в полтора раза меньше Нептуна) она весит в 18,3 раза больше нашей планеты, то есть даже больше, чем Нептун или Уран. Из-за этого её плотность равна 5,7 грамма на кубический сантиметр, а гравитация может быть сильнее, чем на любой планете Солнечной системы.
Всё это очень необычно для столь большого тела, и означает, что по каким-то причинам вновь изученная экзопланета экстремально бедна водородом, гелием и вообще лёгкими элементами. По вычислениям астрономов, на ней может быть водородная атмосфера массой менее 0,2 земной. Для планет больших размеров это крайне мало. Наличие там нормального количества водорода исключено: тело так близко к своему светилу, что нагрето до высоких температур. Будь у него значительная водородная атмосфера, она бы раздулась и дала куда больший наблюдаемый диаметр.
Учёные попытались рассчитать, не может ли высокая плотность планеты быть связана с её высокой температурой, которая заставляет атмосферу активно терять водород. Как оказалось, и это исключено. Хотя родительская звезда EPIC212521166 существует 8 миллиардов лет, по итогам моделирования получилось, что за всё это время она не могла лишить планету даже одного процента её массы.
Авторы отмечают, что столь массивная планета кроме водорода должна удерживать и немало воды. По расчётам, с обычным ядром из тяжёлых элементов (как у Земли) она может наполовину состоять из воды. Тогда в ней содержится девять масс Земли в виде воды и столько же в тяжёлых породах. Если это так, водорода в атмосфере там либо нет вообще, либо ещё меньше, чем в первом сценарии.
Однако необычная планета вряд ли похожа и на мир-океан, вроде ряда других экзопланет. Дело в том, что из-за высоких температур её атмосфера будет состоять из водяного пара, а водная поверхность будет нагрета до сверхкритических температур — вода там будет находиться в состоянии, когда исчезает различие между жидкой и газообразной фазами. Проще всего представить себе такую фазу в виде сверхплотного пара. Более того, под мощным слоем океана сверхкритической воды на глубине больше 100 километров будет находиться куда более мощный слой экзотического льда. Он может выдерживать высокие температуры без расплавления, от которого его удерживает огромное давление.
Астрономы отмечают, что вне зависимости от того, сколько именно на этой планете воды и водорода, её средняя плотность создаёт очень большой вопрос о том, как вообще может образоваться подобное тело. Непонятно и то, почему столь мощная гравитация не привела к доминированию в его составе лёгких элементов. Фактически EPIC212521166b во многом стирает твёрдую границу между планетами-гигантами, в составе которых доминирует газ, и небольшими твёрдыми планетами наподобие Земли. Если образование таких тел возможно, то остаётся неясным, почему среди тысяч известных экзопланет пока лишь одна демонстрирует такие уникальные параметр, и что позволило ей их получить. Все эти вопросы требуют дальнейшего изучения и теоретической проработки, полагают авторы работы.
